第一篇：數(shù)控編程及其發(fā)展
數(shù)控加工技術(shù)概述（轉(zhuǎn)帖）
數(shù)控編程及其發(fā)展
數(shù)控編程是目前CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)中最能明顯發(fā)揮效益的環(huán)節(jié)之一，其在實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)加工自動(dòng)化、提高加工精度和加工質(zhì)量、縮短產(chǎn)品研制周期等方面發(fā)揮著重要作用。在諸如航空工業(yè)、汽車工業(yè)等領(lǐng)域有著大量的應(yīng)用。由于生產(chǎn)實(shí)際的強(qiáng)烈需求，國(guó)內(nèi)外都對(duì)數(shù)控編程技術(shù)進(jìn)行了廣泛的研究，并取得了豐碩成果。下面就對(duì)數(shù)控編程及其發(fā)展作一些介紹。
1.1 數(shù)控編程的基本概念
數(shù)控編程是從零件圖紙到獲得數(shù)控加工程序的全過程。它的主要任務(wù)是計(jì)算加工走刀中的刀位點(diǎn)（cutter location point簡(jiǎn)稱CL點(diǎn)）。刀位點(diǎn)一般取為刀具軸線與刀具表面的交點(diǎn)，多軸加工中還要給出刀軸矢量。
1.2 數(shù)控編程技術(shù)的發(fā)展概況
為了解決數(shù)控加工中的程序編制問題，50年代，MIT設(shè)計(jì)了一種專門用于機(jī)械零件數(shù)控加工程序編制的語言，稱為APT（Automatically Programmed Tool）。其后，APT幾經(jīng)發(fā)展，形成了諸如APTII、APTIII（立體切削用）、APT（算法改進(jìn)，增加多坐標(biāo)曲面加工編程功能）、APT-AC（Advanced contouring）(增加切削數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng))和APT-/SS（Sculptured Surface）(增加雕塑曲面加工編程功能)等先進(jìn)版。
采用APT語言編制數(shù)控程序具有程序簡(jiǎn)煉，走刀控制靈活等優(yōu)點(diǎn)，使數(shù)控加工編程從面向機(jī)床指令的“匯編語言”級(jí)，上升到面向幾何元素.APT仍有許多不便之處：采用語言定義零件幾何形狀，難以描述復(fù)雜的幾何形狀，缺乏幾何直觀性；缺少對(duì)零件形狀、刀具運(yùn)動(dòng)軌跡的直觀圖形顯示和刀具軌跡的驗(yàn)證手段；難以和CAD數(shù)據(jù)庫(kù)和CAPP系統(tǒng)有效連接；不容易作到高度的自動(dòng)化，集成化。
針對(duì)APT語言的缺點(diǎn)，1978年，法國(guó)達(dá)索飛機(jī)公司開始開發(fā)集三維設(shè)計(jì)、分析、NC加工一體化的系統(tǒng)，稱為為CATIA。隨后很快出現(xiàn)了象EUCLID，UGII，INTERGRAPH，Pro/Engineering，MasterCAM及NPU/GNCP等系統(tǒng)，這些系統(tǒng)都有效的解決了幾何造型、零件幾何形狀的顯示，交互設(shè)計(jì)、修改及刀具軌跡生成，走刀過程的仿真顯示、驗(yàn)證等問題，推動(dòng)了CAD和CAM向一體化方向發(fā)展。到了80年代，在CAD/CAM一體化概念的基礎(chǔ)上，逐步形成了計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）及并行工程（CE）的概念。目前，為了適應(yīng)CIMS及CE發(fā)展的需要，數(shù)控編程系統(tǒng)正向集成化和智能化方向發(fā)展。
在集成化方面，以開發(fā)符合STEP（Standard for the Exchange of Product Model Data）標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)化特征造型系統(tǒng)為主，目前已進(jìn)行了大量卓有成效的工作，是國(guó)內(nèi)外開發(fā)的熱點(diǎn)；在智能化方面，工作剛剛開始，還有待我們?nèi)ヅΑC刀具軌跡生成方法研究發(fā)展現(xiàn)狀
數(shù)控編程的核心工作是生成刀具軌跡，然后將其離散成刀位點(diǎn)，經(jīng)后置處理產(chǎn)生數(shù)控加工程序。下面就刀具軌跡產(chǎn)生方法作一些介紹。
2.1 基于點(diǎn)、線、面和體的NC刀軌生成方法
CAD技術(shù)從二維繪圖起步，經(jīng)歷了三維線框、曲面和實(shí)體造型發(fā)展階段，一直到現(xiàn)在的參數(shù)化特征造型。在二維繪圖與三維線框階段，數(shù)控加工主要以點(diǎn)、線為驅(qū)動(dòng)對(duì)象，如孔加工，輪廓加工，平面區(qū)域加工等。這種加工要求操作人員的水平較高，交互復(fù)雜。在曲面和實(shí)體造型發(fā)展階段，出現(xiàn)了基于實(shí)體的加工。實(shí)體加工的加工對(duì)象是一個(gè)實(shí)體（一般為CSG和B-REP混合表示的），它由一些基本體素經(jīng)集合運(yùn)算（并、交、差運(yùn)算）而得。實(shí)體加工不僅可用于零件的粗加工和半精加工，大面積切削掉余量，提高加工效率，而且可用于基于特征的數(shù)控編程系統(tǒng)的研究與開發(fā)，是特征加工的基礎(chǔ)。
實(shí)體加工一般有實(shí)體輪廓加工和實(shí)體區(qū)域加工兩種。實(shí)體加工的實(shí)現(xiàn)方法為層切法（SLICE），即用一組水平面去切被加工實(shí)體，然后對(duì)得到的交線產(chǎn)生等距線作為走刀軌跡。本文從系統(tǒng)需要角度出發(fā)，在ACIS幾何造型平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了這種基于點(diǎn)、線、面和實(shí)體的數(shù)控加工。
2.2 基于特征的NC刀軌生成方法
參數(shù)化特征造型已有了一定的發(fā)展時(shí)期，但基于特征的刀具軌跡生成方法的研究才剛剛開始。特征加工使數(shù)控編程人員不在對(duì)那些低層次的幾何信息（如：點(diǎn)、線、面、實(shí)體）進(jìn)行操作，而轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯訉?duì)符合工程技術(shù)人員習(xí)慣的特征進(jìn)行數(shù)控編程，大大提高了編程效率。
W.R.Mail和A.J.Mcleod在他們的研究中給出了一個(gè)基于特征的NC代碼生成子系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)的工作原理是：零件的每個(gè)加工過程都可以看成對(duì)組成該零件的形狀特征組進(jìn)行加工的總和。那么對(duì)整個(gè)形狀特征或形狀特征組分別加工后即完成了零件的加工。而每一形狀特征或形狀特征組的NC代碼可自動(dòng)生成。目前開發(fā)的系統(tǒng)只適用于2.5D零件的加工。
Lee and Chang開發(fā)了一種用虛擬邊界的方法自動(dòng)產(chǎn)生凸自由曲面特征刀具軌跡的系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)的工作原理是：在凸自由曲面內(nèi)嵌入一個(gè)最小的長(zhǎng)方塊，這樣凸自由曲面特征就被轉(zhuǎn)換成一個(gè)凹特征。最小的長(zhǎng)方塊與最終產(chǎn)品模型的合并就構(gòu)成了被稱為虛擬模型的一種間接產(chǎn)品模型。刀具軌跡的生成方法分成三步完成：（1）、切削多面體特征；（2）、切削自由曲面特征；（3）、切削相交特征。
Jong-Yun Jung研究了基于特征的非切削刀具軌跡生成問題。文章把基于特征的加工軌跡分成輪廓加工和內(nèi)區(qū)域加工兩類，并定義了這兩類加工的切削方向，通過減少切削刀具軌跡達(dá)到整體優(yōu)化刀具軌跡的目的。文章主要針對(duì)幾種基本特征（孔、內(nèi)凹、臺(tái)階、槽），討論了這些基本特征的典型走刀路徑、刀具選擇和加工順序等，并通過IP（Inter Programming）技術(shù)避免重復(fù)走刀，以優(yōu)化非切削刀具軌跡。另外，Jong-Yun Jong還在他1991年的博士論文中研究了制造特征提取和基于特征的刀具及刀具路徑。
特征加工的基礎(chǔ)是實(shí)體加工，當(dāng)然也可認(rèn)為是更高級(jí)的實(shí)體加工。但特征加工不同于實(shí)體加工，實(shí)體加工有它自身的局限性。特征加工與實(shí)體加工主要有以下幾點(diǎn)不同：
從概念上講，特征是組成零件的功能要素，符合工程技術(shù)人員的操作習(xí)慣，為工程技術(shù)人員所熟知；實(shí)體是低層的幾何對(duì)象，是經(jīng)過一系列布爾運(yùn)算而得到的一個(gè)幾何體，不帶有任何功能語義信息；實(shí)體加工往往是對(duì)整個(gè)零件（實(shí)體）的一次性加工。但實(shí)際上一個(gè)零件不太可能僅用一把刀一次加工完，往往要經(jīng)過粗加工、半精加工、精加工等一系列工步，零件不同的部位一般要用不同的刀具進(jìn)行加工；有時(shí)一個(gè)零件既要用到車削，也要用到銑削。因此實(shí)體加工主要用于零件的粗加工及半精加工。而特征加工則從本質(zhì)上解決了上述問題；特征加工具有更多的智能。對(duì)于特定的特征可規(guī)定某幾種固定的加工方法，特別是那些已在STEP標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的特征更是如此。如果我們對(duì)所有的標(biāo)準(zhǔn)特征都制定了特定的加工方法，那么對(duì)那些由標(biāo)準(zhǔn)特征夠成的零件的加工其方便性就可想而知了。倘若CAPP系統(tǒng)能提供相應(yīng)的工藝特征，那么NCP系統(tǒng)就可以大大減少交互輸入，具有更多的智能。而這些實(shí)體加工是無法實(shí)現(xiàn)的；
特征加工有利于實(shí)現(xiàn)從CAD、CAPP、NCP及CNC系統(tǒng)的全面集成，實(shí)現(xiàn)信息的雙向流動(dòng)，為CIMS乃至并行工程（CE）奠定良好的基礎(chǔ)；而實(shí)體加工對(duì)這些是無能為力的。
2.3 現(xiàn)役幾個(gè)主要CAD/CAM系統(tǒng)中的NC刀軌生成方法分析
現(xiàn)役CAM的構(gòu)成及主要功能
目前比較成熟的CAM系統(tǒng)主要以兩種形式實(shí)現(xiàn)CAD/CAM系統(tǒng)集成：一體化的CAD/CAM系統(tǒng)（如：UGII、Euclid、Pro/ENGINEER等）和相對(duì)獨(dú)立的CAM系統(tǒng)（如：Mastercam、Surfcam等）。前者以內(nèi)部統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式直接從CAD系統(tǒng)獲取產(chǎn)品幾何模型，而后者主要通過中性文件從其它CAD系統(tǒng)獲取產(chǎn)品幾何模型。然而，無論是哪種形式的CAM系統(tǒng)，都由五個(gè)模塊組成，即交互工藝參數(shù)輸入模塊、刀具軌跡生成模塊、刀具軌跡編輯模塊、三維加工動(dòng)態(tài)仿真模塊和后置處理模塊。下面僅就一些著名的CAD/CAM系統(tǒng)的NC加工方法進(jìn)行討論。
UGII加工方法分析
一般認(rèn)為UGII是業(yè)界中最好，最具代表性的數(shù)控軟件。其最具特點(diǎn)的是其功能強(qiáng)大的刀具軌跡生成方法。包括車削、銑削、線切割等完善的加工方法。其中銑削主要有以下功能：、Point to Point：完成各種孔加工；、Panar Mill：平面銑削。包括單向行切，雙向行切，環(huán)切以及輪廓加工等；、Fixed Contour：固定多軸投影加工。用投影方法控制刀具在單張曲面上或多張曲面上的移動(dòng)，控制刀具移動(dòng)的可以是已生成的刀具軌跡，一系列點(diǎn)或一組曲線；、variable Contour：可變軸投影加工；、Parameter line：等參數(shù)線加工。可對(duì)單張曲面或多張曲面連續(xù)加工；、Zig-Zag Surface：裁剪面加工；、Rough to Depth：粗加工。將毛坯粗加工到指定深度；、Cavity Mill：多級(jí)深度型腔加工。特別適用于凸模和凹模的粗加工；、Sequential Surface：曲面交加工。按照零件面、導(dǎo)動(dòng)面和檢查面的思路對(duì)刀具的移動(dòng)提供最大程度的控制。
EDS Unigraphics還包括大量的其它方面的功能，這里就不一一列舉了。
STRATA加工方法分析
STRATA是一個(gè)數(shù)控編程系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境，它是建立在ACIS幾何建模平臺(tái)上的。
它為用戶提供兩種編程開發(fā)環(huán)境，即NC命令語言接口和NC操作C++類庫(kù)。它可支持三軸銑削，車削和線切割NC加工，并可支持線框、曲面和實(shí)體幾何建模。其NC刀具軌跡生成方法是基于實(shí)體模型。STRATA基于實(shí)體的NC刀具軌跡生成類庫(kù)提供的加工方法包括：
Profile Toolpath：輪廓加工；
AreaClear Toolpath：平面區(qū)域加工；
SolidProfile Toolpath：實(shí)體輪廓加工；
SolidAreaClear Toolpath：實(shí)體平面區(qū)域加工；
SolidFace ToolPath：實(shí)體表面加工；
SolidSlice ToolPath：實(shí)體截平面加工；
Language-based Toolpath：基于語言的刀具軌跡生成。
其它的CAD/CAM軟件，如Euclid, Cimitron, CV,CATIA等的NC功能各有千秋，但其基本內(nèi)容大同小異，沒有本質(zhì)區(qū)別。
2.4 現(xiàn)役CAM系統(tǒng)刀軌生成方法的主要問題
按照傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)和CNC系統(tǒng)的工作方式，CAM系統(tǒng)以直接或間接（通過中性文件）的方式從CAD系統(tǒng)獲取產(chǎn)品的幾何數(shù)據(jù)模型。CAM系統(tǒng)以三維幾何模型中的點(diǎn)、線、面、或?qū)嶓w為驅(qū)動(dòng)對(duì)象，生成加工刀具軌跡，并以刀具定位文件的形式經(jīng)后置處理，以NC代碼的形式提供給CNC機(jī)床，在整個(gè)CAD /CAM及CNC系統(tǒng)的運(yùn)行過程中存在以下幾方面的問題：
CAM系統(tǒng)只能從CAD系統(tǒng)獲取產(chǎn)品的低層幾何信息，無法自動(dòng)捕捉產(chǎn)品的幾何形狀信息和產(chǎn)品高層的功能和語義信息。因此，整個(gè)CAM過程必須在經(jīng)驗(yàn)豐富的制造工程師的參與下，通過圖形交互來完成。如：制造工程師必須選擇加工對(duì)象（點(diǎn)、線、面或?qū)嶓w）、約束條件（裝夾、干涉和碰撞等）、刀具、加工參數(shù)（切削方向、切深、進(jìn)給量、進(jìn)給速度等）。整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度較低。
在CAM系統(tǒng)生成的刀具軌跡中，同樣也只包含低層的幾何信息（直線和圓弧的幾何定位信息），以及少量的過程控制信息（如進(jìn)給率、主軸轉(zhuǎn)速、換刀等）。因此，下游的CNC系統(tǒng)既無法獲取更高層的設(shè)計(jì)要求（如公差、表面光潔度等），也無法得到與生成刀具軌跡有關(guān)的加工工藝參數(shù)。
CAM系統(tǒng)各個(gè)模塊之間的產(chǎn)品數(shù)據(jù)不統(tǒng)一，各模塊相對(duì)獨(dú)立。例如刀具定位文件只記錄刀具軌跡而不記錄相應(yīng)的加工工藝參數(shù)，三維動(dòng)態(tài)仿真只記錄刀具軌跡的干涉與碰撞，而不記錄與其發(fā)生干涉和碰撞的加工對(duì)象及相關(guān)的加工工藝參數(shù)。
CAM系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)。CAD系統(tǒng)與CAM系統(tǒng)之間沒有統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型，即使是在一體化的集成CAD/CAM系統(tǒng)中，信息的共享也只是單向的和單一的。CAM系統(tǒng)不能充分理解和利用CAD系統(tǒng)有關(guān)產(chǎn)品的全部信息，尤其是與加工有關(guān)的特征信息，同樣CAD系統(tǒng)也無法獲取CAM系統(tǒng)產(chǎn)生的加工數(shù)據(jù)信息。
這就給并行工程的實(shí)施帶來了困難。數(shù)控仿真技術(shù)
3.1計(jì)算機(jī)仿真的概念及應(yīng)用
從工程的角度來看，仿真就是通過對(duì)系統(tǒng)模型的實(shí)驗(yàn)去研究一個(gè)已有的或設(shè)計(jì)中的系統(tǒng)。分析復(fù)雜的動(dòng)態(tài)對(duì)象，仿真是一種有效的方法，可以減少風(fēng)險(xiǎn)，縮短設(shè)計(jì)和制造的周期，并節(jié)約投資。計(jì)算機(jī)仿真就是借助計(jì)算機(jī)，利用系統(tǒng)模型對(duì)實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的過程。它隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而迅速地發(fā)展，在仿真中占有越來越重要的地位。計(jì)算機(jī)仿真的過程可通過圖1所示的要素間的三個(gè)基本活動(dòng)來描述：
建模活動(dòng)是通過對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的觀測(cè)或檢測(cè)，在忽略次要因素及不可檢測(cè)變量的基礎(chǔ)上，用物理或數(shù)學(xué)的方法進(jìn)行描述，從而獲得實(shí)際系統(tǒng)的簡(jiǎn)化近似模型。這里的模型同實(shí)際系統(tǒng)的功能與參數(shù)之間應(yīng)具有相似性和對(duì)應(yīng)性。
仿真模型是對(duì)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型（簡(jiǎn)化模型）進(jìn)行一定的算法處理，使其成為合適的形式（如將數(shù)值積分變?yōu)榈\(yùn)算模型）之后，成為能被計(jì)算機(jī)接受的“可計(jì)算模型”。仿真模型對(duì)實(shí)際系統(tǒng)來講是一個(gè)二次簡(jiǎn)化的模型。
仿真實(shí)驗(yàn)是指將系統(tǒng)的仿真模型在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的過程。仿真是通過實(shí)驗(yàn)來研究實(shí)際系統(tǒng)的一種技術(shù)，通過仿真技術(shù)可以弄清系統(tǒng)內(nèi)在結(jié)構(gòu)變量和環(huán)境條件的影響。
計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大和仿真計(jì)算機(jī)的智能化。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)不僅在傳統(tǒng)的工程技術(shù)領(lǐng)域（航空、航天、化工等方面）繼續(xù)發(fā)展，而且擴(kuò)大到社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生物等許多非工程領(lǐng)域，此外，并行處理、人工智能、知識(shí)庫(kù)和專家系統(tǒng)等技術(shù)的發(fā)展正影響著仿真計(jì)算機(jī)的發(fā)展。數(shù)控加工仿真利用計(jì)算機(jī)來模擬實(shí)際的加工過程，是驗(yàn)證數(shù)控加工程序的可靠性和預(yù)測(cè)切削過程的有力工具，以減少工件的試切，提高生產(chǎn)效率。
3.2數(shù)控仿真技術(shù)的研究現(xiàn)狀
數(shù)控機(jī)床加工零件是靠數(shù)控指令程序控制完成的。為確保數(shù)控程序的正確性，防止加工過程中干涉和碰撞的發(fā)生，在實(shí)際生產(chǎn)中，常采用試切的方法進(jìn)行檢驗(yàn)。但這種方法費(fèi)工費(fèi)料，代價(jià)昂貴，使生產(chǎn)成本上升，增加了產(chǎn)品加工時(shí)間和生產(chǎn)周期。后來又采用軌跡顯示法，即以劃針或筆代替刀具，以著色板或紙代替工件來仿真刀具運(yùn)動(dòng)軌跡的二維圖形（也可以顯示二維半的加工軌跡），有相當(dāng)大的局限性。對(duì)于工件的三維和多維加工，也有用易切削的材料代替工件（如，石蠟、木料、改性樹脂和塑料等）來檢驗(yàn)加工的切削軌跡。但是，試切要占用數(shù)控機(jī)床和加工現(xiàn)場(chǎng)。為此，人們一直在研究能逐步代替試切的計(jì)算機(jī)仿真方法，并在試切環(huán)境的模型化、仿真計(jì)算和圖形顯示等方面取得了重要的進(jìn)展，目前正向提高模型的精確度、仿真計(jì)算實(shí)時(shí)化和改善圖形顯示的真實(shí)感等方向發(fā)展。
從試切環(huán)境的模型特點(diǎn)來看，目前NC切削過程仿真分幾何仿真和力學(xué)仿真兩個(gè)方面。幾何仿真不考慮切削參數(shù)、切削力及其它物理因素的影響，只仿真刀具-工件幾何體的運(yùn)動(dòng)，以驗(yàn)證NC程序的正確性。它可以減少或消除因程序錯(cuò)誤而導(dǎo)致的機(jī)床損傷、夾具破壞或刀具折斷、零件報(bào)廢等問題；同時(shí)可以減少?gòu)漠a(chǎn)品設(shè)計(jì)到制造的時(shí)間，降低生產(chǎn)成本。切削過程的力學(xué)仿真屬于物理仿真范疇，它通過仿真切削過程的動(dòng)態(tài)力學(xué)特性來預(yù)測(cè)刀具破損、刀具振動(dòng)、控制切削參數(shù)，從而達(dá)到優(yōu)化切削過程的目的。
幾何仿真技術(shù)的發(fā)展是隨著幾何建模技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的，包括定性圖形顯示和定量干涉驗(yàn)證兩方面。目前常用的方法有直接實(shí)體造型法，基于圖像空間的方法和離散矢量求交法。
3.3直接實(shí)體造型法
這種方法是指工件體與刀具運(yùn)動(dòng)所形成的包絡(luò)體進(jìn)行實(shí)體布爾差運(yùn)算，工件體的三維模型隨著切削過程被
不斷更新。
Sungurtekin和Velcker開發(fā)了一個(gè)銑床的模擬系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用CSG法來記錄毛坯的三維模型，利用一些基本圖元如長(zhǎng)方體、圓柱體、圓錐體等，和集合運(yùn)算，特別是并運(yùn)算，將毛坯和一系列刀具掃描過的區(qū)域記錄下來，然后應(yīng)用集合差運(yùn)算從毛坯中順序除去掃描過的區(qū)域。所謂被掃過的區(qū)域是指切削刀具沿某一軌跡運(yùn)動(dòng)時(shí)所走過的區(qū)域。在掃描了每段NC代碼后顯示變化了的毛坯形狀。
Kawashima等的接合樹法將毛坯和切削區(qū)域用接合樹（graftree）表示，即除了空和滿兩種結(jié)點(diǎn)，邊界結(jié)點(diǎn)也作為八*樹（oct-tree）的葉結(jié)點(diǎn)，接合樹的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖2。邊界結(jié)點(diǎn)包含半空間，結(jié)點(diǎn)物體利用在這些半空間上的CSG操作來表示。接合樹細(xì)分的層次由邊界結(jié)點(diǎn)允許的半空間個(gè)數(shù)決定。逐步的切削仿真利用毛坯和切削區(qū)域的差運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)。毛坯的顯示采用了深度緩沖區(qū)算法，將毛坯劃分為多邊形實(shí)現(xiàn)毛坯的可視化。
用基于實(shí)體造型的方法實(shí)現(xiàn)連續(xù)更新的毛坯的實(shí)時(shí)可視化，耗時(shí)太長(zhǎng)，于是一些基于觀察的方法被提出來。
3.4基于圖像空間的方法
這種方法用圖像空間的消隱算法來實(shí)現(xiàn)實(shí)體布爾運(yùn)算。Van Hook采用圖象空間離散法實(shí)現(xiàn)了加工過程的動(dòng)態(tài)圖形仿真。他使用類似圖形消隱的z_buffer思想，沿視線方向?qū)⒚骱偷毒唠x散，在每個(gè)屏幕象素上毛坯和刀具表示為沿z軸的一個(gè)長(zhǎng)方體，稱為Dexel結(jié)構(gòu)。刀具切削毛坯的過程簡(jiǎn)化為沿視線方向上的一維布爾運(yùn)算，見圖3，切削過程就變成兩者Dexel結(jié)構(gòu)的比較：
CASE 1：只有毛坯，顯示毛坯，break；
CASE 2：毛坯完全在刀具之后，顯示刀具，break；
CASE 3：刀具切削毛坯前部，更新毛坯的dexel結(jié)構(gòu)，顯示刀具，break；
CASE 4：刀具切削毛坯內(nèi)部，刪除毛坯的dexel結(jié)構(gòu)，顯示刀具，break；
CASE 5：刀具切削毛坯內(nèi)部，創(chuàng)建新的毛坯dexel結(jié)構(gòu)，顯示毛坯，break；
CASE 6：刀具切削毛坯后部，更新毛坯的dexel結(jié)構(gòu)，顯示毛坯，break；
CASE 7：刀具完全在毛坯之后，顯示毛坯，break；
CASE 8：只有刀具，顯示刀具，break。
這種方法將實(shí)體布爾運(yùn)算和圖形顯示過程合為一體，使仿真圖形顯示有很好的實(shí)時(shí)性。
Hsu和Yang提出了一種有效的三軸銑削的實(shí)時(shí)仿真方法。他們使用z_map作為基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，記錄一個(gè)二維網(wǎng)格的每個(gè)方塊處的毛坯高度，即z向值。這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)只適用于刀軸z向的三軸銑削仿真。對(duì)每個(gè)銑削操作通過改變刀具運(yùn)動(dòng)每一點(diǎn)的深度值，很容易更新z_map值，并更新工件的圖形顯示。
3.5離散矢量求交法
由于現(xiàn)有的實(shí)體造型技術(shù)未涉及公差和曲面的偏置表示，而像素空間布爾運(yùn)算并不精確，使仿真驗(yàn)證有很大的局限性。為此Chappel提出了一種基于曲面技術(shù)的“點(diǎn)-矢量”(point-vector)法。這種方法將曲面按一定精度離散，用這些離散點(diǎn)來表示該曲面。以每個(gè)離散點(diǎn)的法矢為該點(diǎn)的矢量方向，延長(zhǎng)與工件的外表面相交。通過仿真刀具的切削過程，計(jì)算各個(gè)離散點(diǎn)沿法矢到刀具的距離s（如圖4所示）。
設(shè)sg和sm分別為曲面加工的內(nèi)、外偏差，如果sg
總體來說，基于實(shí)體造型的方法中幾何模型的表達(dá)與實(shí)際加工過程相一致，使得仿真的最終結(jié)果與設(shè)計(jì)產(chǎn)品間的精確比較成為可能；但實(shí)體造型的技術(shù)要求高，計(jì)算量大，在目前的計(jì)算機(jī)實(shí)用環(huán)境下較難應(yīng)用于實(shí)時(shí)檢測(cè)和動(dòng)態(tài)模擬。基于圖像空間的方法速度快得多，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)仿真，但由于原始數(shù)據(jù)都已轉(zhuǎn)化為像素值，不易進(jìn)行精確的檢測(cè)。離散矢量求交法基于零件的表面處理，能精確描述零件面的加工誤差，主要用于曲面加工的誤差檢測(cè)。
第二篇：數(shù)控編程論文
數(shù) 控 編 程 實(shí)習(xí)報(bào) 告
分院：機(jī)電分院 班級(jí)：機(jī)制4班 姓名：宣
科 學(xué)號(hào)：20***3 日期：2016.12.21
數(shù)控編程是數(shù)控加工準(zhǔn)備階段的主要內(nèi)容之一，通常包括分析零件圖樣，確定加工工藝過程;計(jì)算走刀軌跡，得出刀位數(shù)據(jù);編寫數(shù)控加工程序;制作控制介質(zhì);校對(duì)程序及首件試切。有手工編程和自動(dòng)編程兩種方法。總之，它是從零件圖紙到獲得數(shù)控加工程序的全過程。
本學(xué)期我分院布置了數(shù)控編程的實(shí)習(xí)任務(wù)為期2個(gè)周期共計(jì)2個(gè)課時(shí)，雖然時(shí)間短但是這次實(shí)習(xí)收益頗多。
每期的課堂講座先是在機(jī)房進(jìn)行理論學(xué)習(xí)然后下基地進(jìn)行實(shí)踐操作。
手工編程是指編程的各個(gè)階段均由人工完成。利用一般的計(jì)算工具，通過各種三角函數(shù)計(jì)算方式，人工進(jìn)行刀具軌跡的運(yùn)算，并進(jìn)行指令編制。這種方式比較簡(jiǎn)單，很容易掌握，適應(yīng)性較大。使用于非模具加工的零件。
編程步驟
人工完成零件加工的數(shù)控工藝 分析零件圖紙 制定工藝決策 確定加工路線 選擇工藝參數(shù) 計(jì)算刀位軌跡坐標(biāo)數(shù)據(jù) 編寫數(shù)控加工程序單 驗(yàn)證程序 手工編程 刀軌仿真
優(yōu)點(diǎn)
主要用于點(diǎn)位加工(如鉆、鉸孔)或幾何形狀簡(jiǎn)單(如平面、方形槽)零件的加工，計(jì)算量小，程序段數(shù)有限，編程直觀易于實(shí)現(xiàn)的情況等。
缺點(diǎn)
對(duì)于具有空間自由曲面、復(fù)雜型腔的零件，刀具軌跡數(shù)據(jù)計(jì)算相當(dāng)繁瑣，工作量大，極易出錯(cuò)，且很難校對(duì)，有些甚至根本無法完成。
第 2 頁 自動(dòng)編程
定義
對(duì)于幾何形狀復(fù)雜的零件需借助計(jì)算機(jī)使用規(guī)定的數(shù)控語言編寫零件源程序，經(jīng)過處理后生成加工程序，稱為自動(dòng)編程。
隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)不僅向用戶編程提供了一般的準(zhǔn)備功能和輔助功能，而且為編程提供了擴(kuò)展數(shù)控功能的手段。FANUC6M數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)編程，應(yīng)用靈活，形式自由，具備計(jì)算機(jī)高級(jí)語言的表達(dá)式、邏輯運(yùn)算及類似的程序流程，使加工程序簡(jiǎn)練易懂，實(shí)現(xiàn)普通編程難以實(shí)現(xiàn)的功能。
數(shù)控編程同計(jì)算機(jī)編程一樣也有自己的“語言”,但有一點(diǎn)不同的是，現(xiàn)在電腦發(fā)展到了以微軟的Windows為絕對(duì)優(yōu)勢(shì)占領(lǐng)全球市場(chǎng).數(shù)控機(jī)床就不同了,它還沒發(fā)展到那種相互通用的程度，也就是說，它們?cè)谟布系牟罹嘣炀土怂鼈兊臄?shù)控系統(tǒng)一時(shí)還不能達(dá)到相互兼容.所以，當(dāng)我要對(duì)一個(gè)毛坯進(jìn)行加工時(shí)，首先要以我們已經(jīng)擁有的數(shù)控機(jī)床采用的是什么型號(hào)的系統(tǒng).①通過這次實(shí)習(xí)我們了解了現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)方式和工藝過程。熟悉了一些材料的成形方法和主要機(jī)械加工方法及其所用主要設(shè)備的工作原理和典型結(jié)構(gòu)、工夾量具的使用以及安全操作技術(shù)。了解了數(shù)控機(jī)床方面的知識(shí)和新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備在機(jī)床生產(chǎn)上的應(yīng)用。
②在數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)裝配以及調(diào)試上，具有初步的獨(dú)立操作技能。
③在了解、熟悉和掌握一定的數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)知識(shí)和操作技能過程中，培養(yǎng)、提高和加強(qiáng)了我的動(dòng)手能力、創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。
④這次實(shí)習(xí)，讓我們明白做事要認(rèn)真小心細(xì)致，不得有半點(diǎn)馬虎。同時(shí)也培養(yǎng)了我們堅(jiān)強(qiáng)不屈的本質(zhì)，不到最后一秒決不放棄的毅力!⑤培養(yǎng)和鍛煉了勞動(dòng)觀點(diǎn)、質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)觀念，強(qiáng)化遵守勞動(dòng)紀(jì)律、遵守安全技術(shù)規(guī)則和愛護(hù)國(guó)家財(cái)產(chǎn)的自覺性，提高了我們的整體綜合素質(zhì)數(shù)控編程實(shí)習(xí)心得體會(huì)
第 3 頁
第三篇：簡(jiǎn)單數(shù)控編程練習(xí)
簡(jiǎn)單數(shù)控編程練習(xí)
華中數(shù)控簡(jiǎn)單的編程做練習(xí)
螺紋的宏程序
%5
G54 G0 Z50
M03 S1200
#111=#(“#” 為刀尖的實(shí)際回轉(zhuǎn)半徑)
G0 X0 Y0
Z1.5(Z軸的起刀點(diǎn)定在正1.5是方便螺紋加工，向下加工的深度位置)
G42 G1 X19 Y0 D111 F100
M98 P11 L9(調(diào)用子程序9次)
G40 G0 X0 Y0
Z50
M30
%11
G91 G02 I-19 Z-1.5 F100(聯(lián)動(dòng)加工銑削螺紋)M99
9圈就到了Z負(fù)12
第四篇：數(shù)控編程復(fù)習(xí)資料
1.數(shù)控機(jī)床的程序編制包括：分析零件圖樣、工藝處理、數(shù)學(xué)處理、編寫程序單、制作控制介質(zhì)、程序檢驗(yàn)
2.數(shù)控機(jī)床程序編制具體步驟與要求：1）、分析零件圖樣和制定加工工藝方案2）、數(shù)學(xué)處理3）、編寫零件加工程序單及程序檢驗(yàn)
4.坐標(biāo)系確定原則：1）、刀具相對(duì)于靜止工件而運(yùn)動(dòng)的原則2）、標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系的規(guī)定3）、運(yùn)動(dòng)的方向
5.X、Y、Z坐標(biāo) 1）、Z坐標(biāo)的運(yùn)動(dòng)：是由傳遞切削動(dòng)力的主軸所規(guī)定2）、X坐標(biāo)是水平的，平行于工件的裝夾平面3）、Y坐標(biāo)，根據(jù)X和Z坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)方向.按右手笛卡爾坐標(biāo)系確定
6.機(jī)床原點(diǎn)：機(jī)床上設(shè)置的一個(gè)固定的點(diǎn)，由廠家確定。編程原點(diǎn)：根據(jù)加工零件圖樣選定的編制零件程序的原定。編程坐標(biāo)系的原點(diǎn)：選在零件設(shè)計(jì)基準(zhǔn)或工藝基準(zhǔn)上。加工原點(diǎn)：程序原點(diǎn)，零件被裝卡好后，相應(yīng)的編程原點(diǎn)在機(jī)床原點(diǎn)坐標(biāo)系中的位置
7.1）、相對(duì)于固定的坐標(biāo)原點(diǎn)給出刀具運(yùn)動(dòng)位置的坐標(biāo)---絕對(duì)坐標(biāo)。2）、相對(duì)于前一位置的刀具運(yùn)動(dòng)位置的坐標(biāo)值---增量坐標(biāo)
1.數(shù)控加工工藝主要包括：1）、選著并決定零件的數(shù)控加工內(nèi)容2）、零件圖樣的數(shù)控工藝性分析3）、數(shù)控加工的工藝路線設(shè)計(jì)。4）、數(shù)控加工工序設(shè)計(jì)。5）、數(shù)控加工專用技術(shù)文件的編寫。
2.確定走刀路線時(shí)主要考慮一下幾點(diǎn)：?尋求最短加工路線，減少空刀時(shí)間以提高加工效率?為保證工件輪廓表面加工后的表面粗糙度要求，最終輪廓應(yīng)安排在最后一次走刀中連續(xù)加工出來?刀具的進(jìn)退刀路線要認(rèn)真考慮，以盡量減少在輪廓切削中停刀而留下刀痕，也要避免在工件輪廓面垂直上下刀而劃傷工件④要選擇工件在加工后變形小的路線，對(duì)橫截面積小的細(xì)長(zhǎng)零件或薄板零件，應(yīng)采用分幾次走刀加工到最后尺寸或?qū)ΨQ去余量法安排走刀路線。.定位基準(zhǔn)與加緊方案的確定應(yīng)注意：?盡可能做到設(shè)計(jì)、工藝與編程計(jì)算的基準(zhǔn)統(tǒng)一?盡量將工序集中，減少裝夾次數(shù)，盡量做到在一次裝夾后就能加工出全部待加工表面?避免采用占機(jī)人工調(diào)整裝夾方案對(duì)刀點(diǎn)的選擇原則1）、所選的對(duì)刀點(diǎn)應(yīng)使程序編制簡(jiǎn)單2）、對(duì)刀點(diǎn)應(yīng)該選擇在容易找正，便于確定零件加工原點(diǎn)的位置3）、對(duì)刀點(diǎn)的位置應(yīng)在加工時(shí)檢查方便、可靠4）、有利于提到加工精度
5程序編制中的誤差Δ程=f(Δ逼 Δ差 Δ圓)逼近誤差，插補(bǔ)誤差，圓整誤差 6.數(shù)控銑床加工工藝范圍：1)、平面類零件2）、變斜角類零件3）、曲面類零件
7用戶宏功能指令:.在編程工件中，經(jīng)常把能完成某一功能的一系列指令像子程序那樣存入存儲(chǔ)器。用一總指令代表他們，使用時(shí)只需給出這一總指令就能執(zhí)行其功能，所存入的這一系列指令稱為用戶宏功能指令。宏功能立體即可由機(jī)床生產(chǎn)廠提供，也可由機(jī)床用戶廠自己編制。
8使用用戶宏程序過程中，應(yīng)注意：1）、由G65規(guī)定的H碼不影響偏移量的任何選擇2）、如用于各算術(shù)運(yùn)算的Ｑ或Ｒ未被指定，則當(dāng)Ｏ處理。３）、在分支轉(zhuǎn)移目標(biāo)中，若序號(hào)為負(fù)值，則檢索過程是返回向前面的程序段檢查。４）、轉(zhuǎn)移目標(biāo)序號(hào)可以是變量．機(jī)床基本組成：１）、工作臺(tái)。２）走絲機(jī)構(gòu)）、供液系統(tǒng)４）、脈沖電源５）、控制系統(tǒng)．?dāng)?shù)控線切割機(jī)床坐標(biāo)系符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：１）、刀具相對(duì)于靜止的工件運(yùn)動(dòng)２）、采用右手笛卡爾坐標(biāo)系．程序起點(diǎn)按下述原則選定：１）、被切割工件各表面的粗超度要求不同時(shí)，應(yīng)在表面粗糙度要求較低的面上選擇起點(diǎn)２）、工件各表面粗超度要求相同時(shí)，盡量在截面圖形相交點(diǎn)上選擇起點(diǎn)３）、對(duì)于工件各切割面既無技術(shù)要求的差異，又沒有型面交點(diǎn)的工件，程序起點(diǎn)盡量選在便于鉗工修復(fù)的位置上。、３Ｂ指令用于不具備間隙補(bǔ)償功能和錐度補(bǔ)償功能的數(shù)控先切割機(jī)床的程序編制．Ｂ分隔符．Ｊ計(jì)數(shù)長(zhǎng)度.G計(jì)數(shù)方向.Z加工指令
13.自動(dòng)編程工作過程：零件圖樣、準(zhǔn)備原始數(shù)據(jù)、輸入翻譯、數(shù)學(xué)處理、后置處理、穿孔紙帶、數(shù)控機(jī)床
14.自動(dòng)編程基本原理：
1、準(zhǔn)備原始數(shù)據(jù)2）、輸入翻譯3）、數(shù)學(xué)處理4）后置處理5）、信息的輸出
15.自動(dòng)編程的主要特點(diǎn)：1）、數(shù)學(xué)處理能力強(qiáng)2）、能快速、自動(dòng)生成數(shù)控程序3）、后置處理程序靈活多變4）、程序自檢，糾錯(cuò)能力強(qiáng)5）、便于實(shí)現(xiàn)與數(shù)控系統(tǒng)的通信 16.自動(dòng)編程分類：1）、語言數(shù)控自動(dòng)編程2）、圓形數(shù)控自動(dòng)編程3）、語音數(shù)控自動(dòng)編程4）、數(shù)字化技術(shù)自動(dòng)編程數(shù)控加工專用技術(shù)文件:數(shù)控加工工序卡和數(shù)控加工進(jìn)給路線圖。哪些零件適合數(shù)控機(jī)床？那些不適合？答：適合，1）通用機(jī)床無法加工的內(nèi)容應(yīng)作為用選內(nèi)容2）通用機(jī)床難加工，質(zhì)量也難保證的內(nèi)容作為重點(diǎn)選擇內(nèi)容3）通用機(jī)床效率低，工人手工操作勞動(dòng)強(qiáng)度大的內(nèi)容，可在數(shù)控機(jī)床尚存在富裕的基礎(chǔ)上進(jìn)行選擇。不適，1）占機(jī)調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)2）加工部位分散3）按某些特定的制造依據(jù)加工的型面輪廓。
第五篇：數(shù)控編程實(shí)習(xí)
一.實(shí)習(xí)目的隨著我國(guó)機(jī)械加工行業(yè)的發(fā)展數(shù)控設(shè)備的廣泛應(yīng)用,不少職校都開設(shè)數(shù)控技術(shù)應(yīng)用專業(yè)，培養(yǎng)應(yīng)用型人才.通過實(shí)習(xí)是為了更好的將理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中去,了解現(xiàn)代機(jī)械制造工業(yè)的工藝過程,和數(shù)控加工方法及
其所用主要設(shè)備的工作原理,以生產(chǎn)實(shí)踐獲的感性知識(shí).二.實(shí)習(xí)內(nèi)容
1;安全生產(chǎn)操作規(guī)程:聽老師講解有關(guān)工業(yè)安全方面的知識(shí).遵守操作規(guī)程才是安全的保障.a,進(jìn)入工作場(chǎng)地須戴好勞動(dòng)防護(hù)用品,女生須戴好工作帽.b,上班前須先對(duì)機(jī)床和潤(rùn)滑系統(tǒng)注油.檢查機(jī)床分機(jī)構(gòu)的完好性.手柄位置的正確性;啟動(dòng)后應(yīng)使主軸低
速空轉(zhuǎn)1-2分鐘,等機(jī)床正常后才能工作.c,工作中需要變速的必須先停車.變換走刀箱,手柄位置要低速時(shí)進(jìn)行.使用電器開的機(jī)床不準(zhǔn)用正,反車
作緊急停車,以免打壞齒輪.d,不允許在卡盤上及床身導(dǎo)軌上敲擊校直工作,床面上不準(zhǔn)放置工具或工作.e,更換卡盤或裝夾較重工作時(shí),應(yīng)用木版保護(hù)床面如工件不卸,應(yīng)用千斤頂支承.2;機(jī)床類型和主要技術(shù)參數(shù):CNC6132
床身上最大回轉(zhuǎn)直徑--340mm
最大加工長(zhǎng)度--750mm
主軸通孔直徑--52mm
主軸轉(zhuǎn)速--100-2100r.p,m
縱向進(jìn)給最大速度--3m/min
橫向進(jìn)給最大速度--3m/min
X 軸定位精度--±0.01
Z 軸定位精度--±0.02
X 軸重復(fù)定位精度--0.005mm
Z 軸重復(fù)定位精度--0.01mm
主電機(jī)功率--4kw
指令方式---絕對(duì)值 / 增量值
最大編程尺寸--±9999.999
零件程序貯存量 / 程序量--6KB
刀架刀數(shù)值---4
3;機(jī)床結(jié)構(gòu)的組成部分:車床主要由變速箱、主軸箱、掛輪箱、進(jìn)給箱、溜板箱、卡盤,刀架、尾座、床
身、絲桿、光桿和操縱桿/操作面板(顯示器`軟鍵盤)組成.調(diào)速方式:變速齒輪調(diào)速方式,帶傳動(dòng)方式,兩個(gè)電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)調(diào)速方式.4;刀具的選折:數(shù)控刀具的選擇決定了切削用量的確定,是數(shù)控加工工藝中的重要過程.它不僅影響數(shù)控機(jī)床的加工效率，而且直接影響加工質(zhì)量,同時(shí)也對(duì)操作者安全問題有影響.應(yīng)根據(jù)機(jī)床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相關(guān)因素正確選用刀具.因此刀具的選折很重要.5;我們所用的刀具材料和刀具有:高速鋼刀具;硬質(zhì)合金刀具等.外圓刀.螺紋刀和切斷刀.6;要根據(jù)被加工工件的形狀來選刀具:要考慮零件是否能夠加工出來,以避免少切后者過切的現(xiàn)象.結(jié)合工件材料來選折刀具,考慮工件材料個(gè)刀具材料的硬度,選好刀具才能進(jìn)行加工,避免在切削過程中出現(xiàn)打刀問題.根據(jù)機(jī)床主軸轉(zhuǎn)數(shù)和切削用量來選折刀具
7;編程和輸入程序: 按照老師給我的工件圖紙和尺寸進(jìn)行編寫,我們常用到的主要編程指令有/G90,G71,G72,G73.和程序主要字符:O程序名,T刀具符號(hào),M字符:M03主軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn);F字功能用于控制
切削進(jìn)給量;S字功能控制主軸轉(zhuǎn)速;G00快速定位G01直線插補(bǔ)指令;G02/G03順逆圓弧插補(bǔ)和M30程序停止.將編好的程序在機(jī)床控制面板上進(jìn)行輸入,過程中可以對(duì)程序進(jìn)行檢查和摸擬走刀.程序準(zhǔn)備好之后就可以按照操作規(guī)程進(jìn)行操作加工.8;工件校正:可采用目測(cè)方法,和儀器校正法,達(dá)到工件和主軸旋轉(zhuǎn)中心線平行即可.9;對(duì)刀:首先沿x軸方向切一外圓,用千分尺測(cè)量工件直徑,取得讀數(shù)再平端面,完后輸入x/z坐標(biāo)值.其他刀具在實(shí)習(xí)過程中我門都采用類似方法.10;加工操作和加工對(duì)象:在控制面板進(jìn)行調(diào)制在參數(shù)中對(duì)進(jìn)給陪率和主軸陪率值進(jìn)行修調(diào)如:30%`60%`80%.和主軸轉(zhuǎn)數(shù)S500.精度高的回轉(zhuǎn)體工件.表面粗糟度小的回轉(zhuǎn)體零件.輪廓復(fù)雜的回轉(zhuǎn)體零件.
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